Gaz dielektryczne

Materiały dielektryczne są podstawowymi i czystymi izolatorami elektrycznymi. Przez nałożenie rozsądnego pola elektrycznego, gazy dielektryczne mogą być zpolarizowane. Wakuem, ciałami stałymi, cieczami i gazami mogą być materiały dielektryczne. Gaz dielektryczny nazywany jest również gazem izolującym. Jest to materiał dielektryczny w stanie gazowym, który może zapobiegać wyładowaniu elektrycznemu. Suchy powietrza, Sześciofluorek siarki (SF6) itp. są przykładami gazowych materiałów dielektrycznych.
Gazowe dielektryki nie są praktycznie wolne od naładowanych elektrycznie cząstek. Gdy do gazu zastosuje się pole elektryczne, tworzą się wolne elektrony. Te wolne elektrony są przyspieszane od katody do anody przez nacisk elektryczny, który działa na nie.

Gdy te elektrony osiągną wystarczającą energię, aby odbić elektrony atomów lub cząsteczek gazu, a następnie elektrony nie będą związane przez cząsteczki, koncentracja elektronów zacznie rosnąć wykładniczo. W rezultacie następuje przebicie. Niektóre gazy, takie jak SF6, są mocno związane (elektrony są silnie związane z cząsteczką), niektóre są słabo związane, np. tlen, a niektóre w ogóle nie są związane, np. N2. Przykłady gazów dielektrycznych to Amoniak, Powietrze, Dwutlenek węgla, Sześciofluorek siarki (SF6), Tlenek węgla, Azot, Wodór itp. Zawartość wilgoci w gazach dielektrycznych może zmienić ich właściwości, aby stały się dobrymi dielektrykami.

Przebicie w gazach

W rzeczywistości jest to spadek oporu gazów izolujących. To zdarza się, gdy napięcie zastosowane przekracza napięcie przebicia (wytrzymałość dielektryczną). W wyniku tego gaz zaczyna przewodzić. Innymi słowy, nastąpi gwałtowny wzrost napięcia w małej obszarze w gazie. Ten obszar gwałtownego wzrostu napięcia jest przyczyną częściowej jonizacji pobliskiego gazu i rozpoczyna przewodzenie. To jest robione celowo w niskonapędowych wyładowaniach (w elektrostatycznym odsiadzaczu lub w świetlach fluorescencyjnych).

Prawo Paschena przybliża napięcie, które powoduje przebicie elektryczne (V = f(pd)). Jest to równanie, które opisuje napięcie przebicia jako funkcję iloczynu ciśnienia i długości luki. Otrzymywana krzywa nazywana jest krzywą Paschena. Krzywa Paschena dla powietrza i argonu przedstawiona jest na rysunku 1.
W miarę zmniejszania ciśnienia, napięcie przebicia również maleje, a następnie stopniowo zwiększa się, przekraczając pierwotną wartość. W standardowym ciśnieniu, napięcie przebicia maleje z długością luki do pewnego punktu.

Gdy długość luki zostanie skrócona poza tym punktem, napięcie przebicia zaczyna rosnąć i przekracza swoją pierwotną wartość. W warunkach wysokiego ciśnienia i zwiększonej długości luki, napięcie przebicia jest proporcjonalne do iloczynu dwóch tych parametrów. Jest to proporcjonalne z uwagi na efekty elektrod (mikroskopijne nierówności elektrod mogą powodować przebicie). Napięcie przebicia gazów dielektrycznych jest również proporcjonalne do gęstości.

Mechanizm przebicia

Mechanizm przebicia zależy bezpośrednio od natury gazów dielektrycznych i biegunowości elektrod, w której zaczyna się przebicie. Jeśli przebicie zaczyna się na katodzie, to dostarczanie początkowych elektronów odbywa się przez samą elektrodę. Następnie elektrony są przyspieszane, tworzą się liczne elektrony, co prowadzi do przebicia. Jeśli przebicie zaczyna się na anodzie, to dostarczanie początkowych elektronów odbywa się przez sam gaz. Na przykład powietrze i gaz SF6. Mały ostrego punkt w gazie może również być przyczyną przebicia luki gazowej. To dzieje się w wyniku stopniowych procesów przebicia. Formowanie korony (tj. rozładowanie koronowe) może być z tym związane. Jest to krótkie uwalnianie energii (rozładowanie) i prowadzi do słabego jonizowanego kanału gazu. Gdy pole jest zbyt wysokie, jeden z tych kanałów będzie przewodził.

Właściwości gazów dielektrycznych

Preferowane właściwości doskonałego gazowego materiału dielektrycznego są następujące:

• Najwyższa wytrzymałość dielektryczna.

• Dobra przepuszczalność ciepła.

• Niepalne.

• Chemiczna bierność wobec używanych materiałów konstrukcyjnych.

• Bierność.

• Bezpieczne dla środowiska.

• Niska temperatura skraplania.

• Wysoka termiczna stabilność.

• Dostępne w niskiej cenie.

Zastosowanie gazów dielektrycznych

Stosowane są w transformatorach, falowodach radarowych, wyłącznikach obwodów, aparaturze przełączającej, przełączaniu wysokich napięć, chłodzeniu. Są one zwykle stosowane w aplikacjach wysokich napięć.

Oświadczenie: Szanuj oryginał, dobre artykuły są wartego udostępniania, jesli istnieje naruszenie autorskich praw proszę o usunięcie.